Onderzoekers bij SKF Research & Development in Nieuwegein hebben een verificatiesysteem ontwikkeld om het signaal van een hoeksensor in een nieuw type lager te vergelijken met een referentiemeting. De applicatie gebruikt LabView software en CompactRIO van National Instruments om het referentiesignaal van 3,6 miljoen flanken per seconde te vergelijk met de sensoruitgang van het lager en timestamps toe te voegen.
Mechanisch gezien bestaat de testopstelling uit een hoogwaardig roterend element dat praktisch zonder axiale en radiale speling in een huis is gemonteerd en wordt aangedreven door een elektromotor. De hoekpositie wordt gemeten door een optische vierkwadranten encoder met een resolutie van 72.000 stappen per omwenteling die dient als referentiehoek. Aan het roterende element wordt een rollager met sensoren zodanig gemonteerd, dat de binnenring draait en de buitenring vaststaat.
Blokdiagram van de vierkwadranten encoder, ontwikkeld in LabView FPGA.
Het elektronisch gedeelte bestaat uit een CompactRIO remote I/O-module, gekoppeld aan een NI-9401 digitale I/O module. Drie kanalen van de module-ingang zijn verbonden met een uitgangkanaal van de encoder (A, B, indexpuls). De andere ingang is verbonden met de seriële lijnuitgang (RS485) van het lager. Alle I/O zijn aangesloten zonder elektronische conversie.
LabView FPGA
Een FPGA realiseert de voorheen bijna onmogelijke taak om deze twee sets ingangssignalen gelijktijdig te lezen en te voorzien van een nauwkeurig tijdstempel. De lijnen van de vierkwadranten encoder worden gelezen en omgezet in absolute posities met behulp van de indexpuls ( 0-positie). Dit is geen eenvoudige opgave: bij 3000 min-1 (50 Hz) zijn er al 50 x 72.000 = 3,6 miljoen posities per seconde te verwerken.
Door gebruik te maken van de interne FPGA klok is een 32-bit resolutie bij een 40 ns tijdssignaal toegepast. Het gecombineerde data-tijdsignaal wordt aangeboden als een signaalbundel voor de controllerinterface. In zuivere paralleluitvoering zorgt de FPGA er voor dat decodering van het datapakket aankomt met 20 kHz op de met 20 Mb/s werkende seriële uitgang van het lager. Het triggerpunt wordt gekozen op de eerste flank van de binnenkomende datareeks. De datareeks wordt opnieuw samen met het triggerpunt aan de controller aangeboden.
De FPGA-code werd ontwikkeld met gebruik van de LabView FPGA grafische omgeving die gemakkelijker bleek dan een andere VHDL of een alternatieve in C geschreven interrupt routine op een snelle processor.
Controller en interface
De controller heeft de moeilijke taak om de twee asynchrone datastromen te regelen naar de interne RAM en later naar het flash geheugen. De controllercode werd ook ontwikkeld met gebruik van de LabView grafische omgeving. Eerst werd deze gedebugd en later werd de code omgezet in een uploadversie, die opstart als de CompactRIO wordt aangezet. Hierdoor is het mogelijk het systeem autonoom te laten functioneren.
Met enkele muisklikken werd een webpagina opgemaakt en eveneens in de CompactRIO geladen. Omdat deze remote I/O een webserver heeft, is toegang mogelijk vanaf elke bedrijfscomputer (via hun intranet) door gebruik te maken van een web browser en de LabView run-time engine. Gemeten data worden als bestand opgeslagen in het flashgeheugen van de controller. Ze zijn te benaderen vanuit het netwerk door de verbinding met de FTP-server op de controller of met Windows via het naburige netwerk.
SKF overweegt de CompactRIO te gebruiken om de snelheidsregeling van de elektromotor die het lager ronddraait aan te sturen. Ook heeft men het lager in een klimaatkamer geplaatst voor temperatuurtesten, die ook kunnen worden geautomatiseerd met dezelfde CompactRIO.
